Автоматизация бытовых газовых приборов

Строй-справка.ру

Отопление, водоснабжение, канализация

Навигация:
Главная → Все категории → Основы газового хозяйства

В настоящее время количество информации, которое необходимо переработать отдельным работникам в единицу времени, оказывается столь значительным, что они не успевают следить за агрегатами и процессами.

Рис. 1. Устройство воздухонагревателя «Огонек»:

Появляется возможность не только автоматически управлять отдельными машинами и агрегатами, что характерно для частичной автоматизации, но и осуществлять комплексную автоматизацию и далее переходить к полной автоматизации.

При комплексной автоматизации создается взаимосвязанная система операций с объединением в единый комплекс процессов и агрегатов в котельных, цехах, заводах.

При полной автоматизации обеспечивается не только автоматизация всех основных и вспомогательных участков, но и автоматизация процессов получения, передачи, хранения и обработки информации с помощью автоматизированных систем управления (АСУ) с применением средств вычислительной техники.

Различают следующие основные виды автоматизации: измерения и контроль; сигнализацию; защиту; управление; регулирование.

Автоматические измерения и контроль позволяют с помощью контрольно-измерительных приборов периодически или непрерывно контролировать показатели технологического процесса (давление газа, наличие пламени, разрежения, полноту сгорания газа и т. д.), передавать эти данные на пульт диспетчера и при необходимости регистрировать измеряемые параметры.

Для газовых приборов и агрегатов, работа которых характеризуется непрерывностью и требованиями безопасности, автоматический контроль является важным фактором бесперебойной и высококачественной работы.

Автоматическая сигнализация служит для передачи командных, информационных и контрольных сигналов диспетчеру или оператору.

Автоматическая защита предназначена для предотвращения повреждений оборудования при аварийных ситуациях. Автоматическая защита либо прекращает контролируемый процесс при возникновении ненормальных режимов, либо обеспечивает другие меры устранения опасности.

Автоматическое управление служит для автоматического пуска и установки различных приборов и двигателей, запуска и остановки отдельных узлов оборудования и агрегатов.

Автоматическое регулирование служит для автоматического поддержания в течение определенного промежутка времени с требуемой точностью заданных режимов технологического процесса.

Применительно к газовым приборам и агрегатам автоматические устройства можно разделить на следующие группы.
1. Устройства регулирования для поддержания режимов работы газовых приборов: регуляторы расхода воды и газа, давления газа, регуляторы температуры.
2. Контролирующие устройства, обеспечивающие автоматическое ограничение работы приборов в безопасных пределах: устройства по горению, протоку воды, тяге, температуре воды; предохранители от повышения предельных температур и давлений.
3. Устройства комфортности, способствующие удобству эксплуатации приборов: автоматический розжиг горелок, программное устройство, следящее за заданным режимом работы приборов, термоуказатели, освещение духовых шкафов и др.

Рис. 2. Блок питания газовый (БПГ):
1 — крышка, 2, 5 — штоки, 3 — мембрана, 4 — пружина, 6, 7, 8 — электромагниты, 9 — коробка, 10, 11 — штуцер, 12 — клапан запальника, 13 — клапан малого горения, 14 — корпус блока, 15 — отверстие в клапане большого горения, 16 — клапан большого горения

Рассмотрим устройство и принцип работы наиболее распространенных автоматических устройств для газовых приборов и агрегатов.

Блок питания газовый (БПГ). Является запорным устройством, позволяющим производить не только подачу и отсечку газа, но и ступенчатое регулирование расхода, а также включение или отключение газового запальника. Блок монтируется на горизонтальных участках трубопровода электромагнитами вверх. Применяется при рабочем давлении газа 0,8… 5,0 кПа с температурой До 50 °С и напряжении переменного тока 220 В. Привод клапана осуществляется специальными электромагнитами. В корпусе олока имеется два отверстия с седлами, перекрываемыми клапатта-ми большого и малого горения, которые могут перемещаться в основной полости крышки.

В правой части крышки имеется дополнительная полость, в которой расположен клапан запальника. Все три клапана с помощью штоков, соединены с сердечниками электромагнитов и с помощью цружин прижимаются к седлам.

Для предотвращения проникновения газа из основной и дополнительной полостей крышки в коробку, где находятся электромагниты, служит мембрана.

В исходном положении, когда электромагниты обесточены, все три клапана находятся в закрытом состоянии, вследствие чего газ не подается к основной горелке и запальнику.

В этом случае газ выходного давления, поступающий через отверстие в клапане большого горения из корпуса в основную полость крышки, дополнительно поджимает клапан малого горения к седлу, обеспечивая его герметичность.

Через штуцер диаметром 6 мм газ подается к клапану запальника. При подаче газа на электромагнит в него втягивается сердечник, вследствие чего поднимается клапан и газ направляется к запальному устройству через штуцер. Подача газа к основной горелке для работы ее на малом режиме присходит при подаче тока на электромагнит и подъеме клапана. В этом случае расход газа определяется диаметрами отверстия в клапане.

При переводе основной горелки на номинальный режим на электромагнит подается ток и открывается клапан большого горения, диаметр условного прохода которого равен 40 мм для блока питания типа БПГ-I и 65 мм для БПГ-П. Регулировка хода каждого клапана производится путем вращения соединительного узла после отсоединения от тяги электромагнита.

Регуляторы температуры. Автоматическое регулирование температуры в бытовых газовых приборах осуществляется с помощью дилатометрических, термометрических, манометрических и термобиметаллических датчиков. Для духовых шкафов газовых плит, водяных отопительных приборов и автоматических водонагревателей используются дилатометрические и термометрические датчики, а также регулирующие устройства, не требующие для работы дополнительного источника энергии. Некоторые из этих регулирующих устройств рассмотрены в предыдущих параграфах.

В водонагревателе АГВ-120 используется манометрический регулятор температуры, сочетаемый в одном узле с электромагнитным клапаном МК-15. В этом устройстве датчиком является жидкостный термобаллон, который при нагревании находящейся в нем жидкости передает давление через капиллярную трубку и сильфон на толкатель и тем самым воздействует на рычаги. Крючок перекидного рычага перемещает клапан вверх или вниз, открывая или закрывая доступ газа к основной горелке.

Для котлов ВНИИСТО применяется дилатометрический терморегулятор, у которого инваровый стержень датчика посредством пружинного механизма размыкает или замыкает клеммы в цепи соленоидного клапана. Соленоидный клапан в зависимости от положения клапана пропускает то или иное количество газа на основную горелку, регулируя теплопроизводительность прибора.

Рис. 3. Терморегулятор ТДД-1:
1 — опорный винт, 2, 8, 10 — стержни. 3 — донышко, 4 — латунная трубка, 5 — конусный клнн, 6 — пружина, 7 — клапан, 9 — шарики, 10 — ограничитель

Для духовых шкафов газовых плит высшего класса используют терморегуляторы ТДД-1. Принцип его работы заключается в следующем. Датчик терморегулятора — дилатометрическая трубка вводится в зону духового шкафа. Подвижной стержень датчика в латунной трубке зажат снизу донышком, а сверху упирается в конусный клин. Клин находится в Зазоре между двумя шариками. Правый шарик упирается в регулирующий стержень ограничителя, а левый шарик прижат к клину пружиной газового клапана посредством стержня. Размеры латунной трубки и стержня выбраны так, что в холодном состоянии клин максимально раздвигает шарики, при этом клапан открыт. По мере нагревания трубка удлиняется, а стержень с клином опускаются. Вследствие этого пружина стремится закрыть клапан, что ограничивает доступ газа к горелке. При охлаждении латунной трубки стержень поднимается, клин раздвигает шарики и максимально открывает газовый клапан. С помощью опорного винта можно регулировать движение стержня. Установка требуемого температурного режима достигается поворотом рукоятки ограничителя И, при этом изменяется положение правого шарика и ограничивается ход газового клапана.

Автоматика контроля по горению. Автоматические устройства контроля по горению подразделяются на термомеханические, термоэлектрические и пневматические. Некоторые из этих устройств были рассмотрены в предыдущих параграфах. Она применяется на проточных водонагревателях ВПГ, печных горелках и емкостных водонагревателях. Принцип работы такой автоматики заключается в следующем. В зону горения запальной горелки вводится термопара. Вследствие нагревания термопары возникает э. д. е., которая передается на обмотку электромагнита, связанного с клапаном. Электромагнит удерживает клапан в открытом положении и обеспечивает доступ газа к горелке прибора. При прекращении горения пламени запальника происходит охлаждение термопары, электромагнит перестает удерживать клапан и он под воздействием пружины перекрывает проход газа к горелке.

Рис. 4. Электромагнитные клапаны:
а — ЭМК-П-15: 1 — кнопка, 2. 5 — пружины, 3— шток, 4 — клапан, 6 — якорь, 7 — сердечник, 8 — корпус, 9 — винт; б — кран-клапан для газовых плит: 1 — корпус, 2 — клапан, 3 — сальник, 4, 8 — пружины, 4 — стержень. 6 — пробка крана, 7 — шток, 9 — якорь электромагнита, 10 — термопара

Для проточных водонагревателей ВПГ-18М, некоторых каминов и печных горелок применяют электромагнитный клапан ЭМК-П-15. Этот клапан отличается от клапана МК-15 более сильным электромагнитом и компоновкой корпуса.

Рис. 5. Датчик тяги для водонагревателя ВПГ-18:
1 — биметаллическая пластина, 2 — регулировочная шайба, 3 — клапан, 4 — пружина

Рис. 6. Схемы автоматики по тяге:
а — с отводом газа от запальника; б — с размыканием цепи электромагнита: 1 — датчик тяги. 2 — запальник, 3 — газоотвод, 4 — термопара, 5 — импульсная трубка, 6 — электромагнитный клапан, 7 — дроссель, 8 — биметаллическая пластина, 9 — микровыключатель

В плитах высшего класса для контроля горения на горелках используют комбинированный кран-клапан, устанавливаемый для каждой горелки отдельно. В корпусе смонтирован унифицированный пробковый кран и электромагнит МК-15. Каждый клапан имеет отдельную хромель-копелевую термопару, обеспечивающую при нагреве напряжение тока до 25 мВ. По оси пробки крана имеется шток, упирающийся в стержень и уплотненный сальником. При нажатии и повороте ручки юрана толкатель отодвигает клапан, при этом открывается доступ газа к горелке и прижимается якорь магнита к сердечнику. После зажигания горелки слой термопары возбуждает на электромагните эдс. Вследствие этого электромагнит удерживает клапан в открытом состоянии. При закрытии крана клапан, не удерживаемый электромагнитом, перекрывает проход газа к горелке. Для духовых шкафов с двумя горелками применяют трехходовой кран со сдвоенной термопарой, горелки в этом случае работают раздельно.

Автоматика по тяге. Принцип работы устройств, обеспечивающих отключение подачи газа на горелку при отсутствии тяги, заключается в следующем. При отсутствии или нарушении тяги продукты сгорания газа начинают поступать в помещение и нагревают смонтированный на их пути биметаллический датчик. Вследствие этого биметаллическая пластина изменяет свое положение и обеспечивает отвод газа от запальника, в результате чего термопара охлаждается, либо размыкает цепь термопара — электромагнит. В обоих случаях электромагнитный клапан перекрывает проход газа к основной горелке или к основной и запальной (ВПГ-18М). В качестве исполнительного органа используется электромагнитный клапан, совмещающий функции контроля наличия пламени и контроля наличия тяги.

На рис. 6 показаны схемы автоматики контроля тяги с отводом газа от запальной горелки и с разъединением цепи электромагнита. Как показывает опыт, при использовании схемы разъединения датчиком электромагнитного клапана микровыключателя в зоне возникает необходимость установки отвода продуктов сгорания.

Автоматическое зажигание газа. В бытовых газовых приборах наряду с зажиганием газа от источников огня и спиралей накаливания получают распространение пьезоэлектрический и электроискровой способы зажигания. Рассмотрим принцип действия пьезоэлектрического зажигания. Этот принцип действия основан на использовании эффекта генерирования высоковольтных импульсов малой длительности, т. е. пьезоэффекта. В корпусе размещены два пьезоэлемента с высоковольтным проводом. Боек с пружиной взводится при повороте ручки крана с помощью штока. При каждом повороте крана боек ударяет по торцу пьезоэлемента и вызывает импульсы тока. Эти импульсы достаточны для получения искры в разряднике, установленном у зоны факелов горелки. Система пьезозажигания используется для настольных и напольных плит, а также для проточных водонагревателей.

Разрядник помещается в общей коробке вместе с термопарой и запальником. Коробка пьезоэлемента закрепляется на фланце тройника горелки. Зажигание производится нажатием специальной кнопки.

Рис. 7. Схема устройства пьезозажигания:
1 — пьезометры, 2 — высоковольтный провод, 3 — изолятор, 4 — трубка, 5 —головка. 6 — боек, 7—пружина, 8 — корпус, 9 — шток взвода

Навигация:
Главная → Все категории → Основы газового хозяйства

Как работает автоматика безопасности газовых котлов

Бытовые котлы отопления, использующие природный и сжиженный газ, не нуждаются в постоянном контроле со стороны пользователя. За горением и поддержанием требуемой температуры теплоносителя следят электронные и механические блоки, вмонтированные в любой теплогенератор производителем. Наша задача – разъяснить, как работает автоматика для газового котла и какие виды устройств применяются в современных водогрейных установках.

Автоматические блоки напольных котлов

Подавляющее большинство напольных газовых котлов оснащается автоматикой безопасности, действующей без внешнего источника электропитания (энергонезависимая). Согласно требованиям нормативных документов, средства автоматизации должны перекрывать подачу газа на горелку и запальник в трех аварийных случаях:

1. Затухание пламени основной горелки вследствие задувания либо по другим причинам.
2. Когда в дымоходном канале отсутствует или резко снижается естественная тяга.
3. Падение давления природного газа в основной магистрали ниже критического уровня.

Для справки. Реализация перечисленных функций является обязательным для газовых котлов всех типов. Многие производители добавляют четвертую ступень безопасности – защиту от перегрева. Когда температура теплоносителя достигает 90 °С, клапан по сигналу датчика прекращает подавать газ к основной горелке.

В различных моделях газовых напольных котлов от разных производителей применяется энергонезависимая автоматика следующих видов (марок):

• итальянские блоки EuroSIT (Евросит) серии 630, 710 и 820 NOVA (отопительные агрегаты «Лемакс», «Житомир 3», Aton и многие другие);
• польские устройства «КАРЕ» (теплогенераторы «Данко», «Ривнетерм»);
• американские приборы автоматического регулирования Honeywell (отопители Жуковского завода линейки «Комфорт»);
• отечественные изделия фирм ЖМЗ, САБК, «Орион», «Арбат».

Система подачи горючего в простейших аппаратах АОГВ, оснащенных клапанами ЖМЗ. Горелка спрятана в нижней части корпуса.

Мы перечислили наиболее распространенные марки автоматики, которые зачастую устанавливаются на водогрейные котлы одной фирмы. Например, Жуковский завод комплектует бюджетные версии аппаратов АОГВ собственными блоками безопасности ЖМЗ, теплогенераторы средней ценовой категории – устройствами EuroSIT, а мощные модели – автоматическими клапанами Honeywell. Рассмотрим каждую группу отдельно.

Газовые клапаны бренда SIT Group

Из всех видов автоматики, встречающихся на котельных установках, блоки безопасности EuroSIT – самые популярные и надежные в эксплуатации. Они рекомендованы компаниями — поставщиками природного топлива, в том числе для замены старой газовой аппаратуры котлов КЧМ, АГВ и так далее. Без проблем работают в составе микрофакельных горелок Polidoro, «Искра», «Вакула», «Термо» и прочих.

Точные названия трех используемых моделей выглядят так:

• 630 SIT;
• 710 MiniSIT;
• 820 NOVA.

Гнезда подключения термопары, основной и запальной горелки расположены на нижней панели клапана

Для справки. Компания SIT Group прекратила производство серий 630 и 710, считая их устаревшими. На смену пришла новая автоматика безопасности котлов отопления – газовые клапаны 820 NOVA, 822 NOVA, 840 SIGMA и 880 Proflame (работает от батареек). Но старые изделия нетрудно найти в продаже.

Чтобы не утомлять вас подробностями конструкции автоматических устройств EuroSIT, кратко поясним принцип работы на примере простейшего блока 630-й серии:

1. При повороте рукоятки в положение «розжиг» и нажатии сверху вы принудительно открываете электромагнитный клапан, пропускающий газ к пилотной горелке (запальнику). Щелкаете кнопкой пьезоэлемента, вырабатывающего искру, которая поджигает фитиль.

   

2. Удерживая основную рукоятку 30 секунд, вы позволяете термопаре прогреться пламенем запальника. Термобаллон вырабатывает напряжение (ЭДС) 20—50 милливольт, фиксирующее электромагнит в открытом состоянии. Теперь ручку можно отпустить.
3. Выставляете главную рукоятку в нужную позицию и таким образом подаете газ на основную горелку. Последняя разжигается и начинает греть теплообменник с водой системы отопления, как показано на схеме.

   

4. При достижении водой определенной температуры срабатывает капиллярный датчик, постепенно закрывающий второй клапан — термостатический. Подача горючего к горелочному устройству останавливается, пока датчик не остынет и клапанная тарелка не откроет путь газу. Запальник продолжает гореть в дежурном режиме.

Примечание. Более старые модификации автоматики не оснащались температурными датчиками и блоками розжига, поэтому для запуска теплогенератора требовались спички.

За нормальную подачу газа в устройстве отвечает мембранный клапан, играющий роль регулятора давления. Когда оно падает ниже заданной величины, топливный канал закрывается и происходит аварийное отключение котла. К отказу приводят и другие ситуации:

1. Гаснет горелка и фитиль, нагревающий термопару. Генерация напряжения прекращается, электромагнитный клапан закрывает проход горючего.
2. Если неожиданно пропала тяга в дымоходе, размещенный в этом канале датчик перегревается и разрывает цепь питания электромагнита. Результат аналогичен – топливоподача блокируется.
3. В отопителях, оборудованных датчиками перегрева, электрическая цепь разрывается после достижения водой температуры 90—95 °С.

Когда газовая автоматика сработала на аварийное отключение, повторный запуск котла пользователем блокируется на 1 минуту, раньше подача топлива не возобновится. Работа системы наглядно отражена в учебном видео:

Отличия моделей 710 MiniSIT и 820 NOVA

По принципу работы указанные блоки не отличаются от предшественника – 630-й серии. Изменения автоматики 710 MiniSIT – чисто конструктивные:

• 2 кнопки «Старт» и «Стоп» вынесены отдельно вместе с электромагнитным клапаном;
• главная рукоятка только вращает шток термостата и регулирует температуру теплоносителя;
• блок розжига с кнопкой пьезовоспламенителя встроен в корпус изделия;
• в базовую комплектацию прибора включен температурный датчик сильфонного типа с капиллярной трубкой;
• добавлен стабилизатор давления газа.

В блоке 710 MiniSIT рукоятка выступает в качестве регулятора температуры и переводит отопитель в дежурный режим с горящим запальником

Для справки. В первых версиях 710-го семейства искровой воспламенитель не предусматривался.

В последнюю линейку изделий 820 NOVA внесены изменения, направленные на повышение стабильности работы, надежности и пропускной способности. Мы хотим выделить 2 усовершенствования, важных с точки зрения пользователей:

Изделие оборудовано разъемом для подключения комнатного термостата и погодозависимой автоматики. Теперь отопительный агрегат способен поддерживать температуру воздуха в квартире.

Схема подключения выносного термостата с источником внешнего питания

Появилась модификация с собственным источником питания – термогенератором, монтируемым на планке рядом с пилотной горелкой, как изображено на схеме. Принцип действия схож с термопарой, но величина вырабатываемой ЭДС гораздо больше.

Энергонезависимая схема присоединения комнатного термостата

В данном разделе есть смысл упомянуть об автоматических газовых клапанах Honeywell, работающих по аналогичной схеме. Их основное отличие – повышенная пропускная способность, позволяющая задействовать блоки в котлах большой мощности (30—70 кВт).

Польская автоматика «Каре»

Установку польских систем безопасности на газовые котлы практикуют немногие производители. Причина банальна: по надежности продукт проигрывает изделиям из Италии, США и Германии, но по цене дороже отечественной котловой автоматики.

Мы назвали продукт «системой», потому что он состоит из нескольких блоков, хотя общий принцип действия остается неизменным:

• газовый фильтр;
• клапан – регулятор давления газа;
• отдельно стоит термостат с регулирующей рукояткой;
• мембранный термостатический клапан;
• кнопка пьезоэлектрического воспламенителя.

Схема польской системы «Каре»

Между собой узлы и датчики соединены капиллярными трубками. По сути, это тот же прибор SIT либо Honeywell, только разбитый на отдельные части. В этом плюс: детали менять удобнее и дешевле.

Изделия отечественных фирм

Как вы понимаете, автоматике котла, сделанная на постсоветском пространстве, не содержит каких-либо революционных решений и технологических прорывов. Для реализации трех функций безопасности использованы те же принципы – включение электромагнита напряжением (ЭДС) термопары, мембранный газовый клапан и датчик тяги, разрывающий цепь.

Схема клапана безопасности ЖМЗ

Подробно рассказывать о конструкции блоков от брендов САБК, «Орион» и ЖМЗ (Жуковский завод) не имеет смысла. Перечисленные изделия отличаются простейшим устройством, невысокой стоимостью и низкой надежностью. Термопары прогорают чуть ли не ежегодно, а термостат слишком резко отключает и запускает горелку, отчего возникает громкий хлопок, иногда смахивающий на микровзрыв.

Приборы нормально работают в первые годы эксплуатации, дальше за ними нужно следить и своевременно обслуживать, благо, запчасти имеются в продаже и стоят недорого. Пример устранения типичной неисправности автоматики ЖМЗ смотрите на видео:

Электроника настенных агрегатов

Особенность данных теплогенераторов – электронное управление процессами розжига, горения и поддержания температуры теплоносителя. То есть, настенные газовые котлы (и некоторые напольные) оснащаются энергозависимой автоматикой, работающей от электричества.

Важный момент. Невзирая на множество «наворотов», внедренных в конструкцию мини-котельных, функциями безопасности по-прежнему ведает механика. Три типа аварийных ситуаций, перечисленных выше, будут отрабатываться аппаратурой независимо от наличия напряжения в электросети.

Автоматический газовый котел создан для максимального удобства хозяев квартир и частных домов. Чтобы запустить отопитель, достаточно нажать 1 кнопку и установить желаемую температуру. Кратко опишем алгоритм работы агрегата и задействованные в ней элементы:

1. После указанных действий по запуску контроллер генератора тепла собирает показания датчиков: температуры теплоносителя и воздуха, давления газа и воды в системе, проверяет наличие тяги в дымоходе.
2. Если все в порядке, электронная плата подает напряжение к электромагнитному газовому клапану и одновременно – разряд на запальные электроды. Фитиль отсутствует.
3. Основная горелка разжигается и дает полную мощность с целью скорейшего нагрева теплоносителя. За ее работой следит специальный датчик пламени. Контроллер включает встроенный циркуляционный насос.
4. Когда температура теплоносителя приблизится к установленному порогу, что зафиксирует накладной датчик, интенсивность горения снизится. Ступенчатые горелки переходят в режим малой мощности, а модуляционные плавно уменьшают подачу горючего.
5. Достигнув порога нагрева, электроника перекроет газ. Когда датчик зафиксирует охлаждение воды в системе, автоматический розжиг и нагрев повторится.

Примечание. В турбированных котлах с закрытой камерой сгорания контроллер вдобавок запускает и отключает вентилятор.

В инструкции к настенному газовому котлу указано, что агрегат рассчитан на работу в закрытой системе отопления, поэтому автоматика следит за давлением воды. Если оно опустится ниже допустимого предела (0.8—1 Бар), то горелка погаснет и не зажжется, пока неполадка не будет устранена.

По энергозависимой схеме работают многие импортные котлы, например, Buderus Logano, Viessmann и так далее. Как происходит монтаж электронной газовой аппаратуры, на доступном языке расскажет мастер в видеосюжете:

Заключение

Многие домовладельцы самостоятельно занимаются обслуживанием своих отопительных агрегатов. Отсюда возникает интерес к работе автоматики газовых котлов различных типов. Мы осветили данный вопрос, но не советуем самостоятельно ремонтировать клапаны безопасности, если вы не разбираетесь в теме. Максимум, что можно сделать, — прочистить сетчатый фильтр, заменить негодную мембрану либо электромагнит. Настройку пламени горелки или запальника лучше доверить мастеру–газовщику.

Примечание. В статье использованы материалы производителя котлов «Лемакс», размещенные на официальном ресурсе.

Источник